WO2016150553A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine and a
  • Methane slip is called. It shows that in particular shorter-chained
  • Internal combustion engines are suitable, which are operated with sulfur-containing special gases, such as landfill gas, product gas from the wood gasification, or biogas. Furthermore, such catalysts are subject to thermal aging, whereby the conversion of
  • the invention is based on the object, a method for operating an internal combustion engine and a
  • the object is achieved in particular by a method for operating a
  • Internal combustion engine wherein the Brerinkraftmaschine in an exhaust line a Reactor, which is adapted for the oxidation of hydrocarbon molecules.
  • both higher-chain hydrocarbons and in particular short-chain hydrocarbons, and especially methane can be oxidized very efficiently, and preferably completely.
  • the reactor is preferably designed as a gas-phase reactor. This means in particular that the reactor is set up for the oxidation of hydrocarbon molecules in a gas phase reaction.
  • the reactor is not designed as a catalyst, with surface-bonded reactions taking place on a catalyst, and none
  • the reactor is free of a catalyst material, in particular of any catalyst material.
  • the reactor is not reliant on a catalytic mechanism due to its property as a gas phase reactor.
  • the reactor additionally comprises a catalyst material, in particular to a conversion
  • the catalyst requires no catalyst for the oxidation of hydrocarbons, optionally with the addition of a catalyst-which, however, can be significantly reduced in comparison with a construction without the reactor-if appropriate.
  • Internal combustion engine is therefore particularly suitable for operation with special gases, in particular with sulfur-containing special gases, in particular landfill gas, product gas from the
  • Wood gasification, and / or biogas suitable can also be designed as a diesel engine or in another suitable manner.
  • the reactor is preferably upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger
  • the reactor is additionally preferably arranged downstream of a combustion chamber of the internal combustion engine and, in particular, close to the combustion chamber, the conditions prevailing in the reactor
  • Exhaust gas temperatures can be higher, the closer the reactor is arranged on a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the reactor is designed as a reaction vessel through which the exhaust gas flows, so that a gas phase reaction can take place in the reaction vessel.
  • the reactor preferably has at least one chicane element, which can be designed in particular as a deflecting plate.
  • the flow path through the reactor for the exhaust gas is increased and thus at the same time extends a residence time of the exhaust gas in the reactor and improves mixing of the various substances in the exhaust gas. This promotes as complete as possible oxidation of hydrocarbons.
  • the operation of the internal combustion engine is optimized in the context of the method - in particular operating point-dependent - in at least a first mode of operation on an optimal gas phase reaction of the hydrocarbons in the reactor.
  • the at least one operating parameter of the internal combustion engine is preferably adjusted as a function of the at least one reaction parameter of the reactor such that optimal conditions for the gas phase reaction of the hydrocarbons, and thus in particular their oxidation, prevail in the reactor. It is thus possible to ensure almost complete or complete oxidation of the hydrocarbons in the reactor.
  • Reaction parameter is / are set so that hydrocarbons, preferably methane, with a predetermined conversion - in particular matched to a momentary
  • an embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the at least one reaction parameter is selected from a group consisting of an exhaust gas temperature, an exhaust gas pressure, an exhaust gas mass flow, a hydrocarbon concentration in the exhaust gas, in particular a methane concentration in the exhaust gas, a total - Nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, a nitrogen monoxide concentration in the exhaust gas, a nitrogen dioxide concentration in the exhaust gas, and a ratio of nitrogen dioxide concentration in the exhaust gas to a total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas.
  • a plurality of these reaction parameters are used in the process, wherein
  • Embodiment be as reaction parameters, the exhaust gas temperature and the
  • At least one first reaction parameter is measured directly.
  • at least one second reaction parameter can be simulated or-in particular based on a model-to be calculated.
  • the exhaust gas temperature as a reaction parameter can be measured, for example upstream, preferably immediately upstream of the reactor or in the reactor.
  • the exhaust gas pressure upstream of the reactor - preferably immediately upstream of the reactor or in the reactor can be measured.
  • concentrations of certain substances in the exhaust gas in particular a total nitrogen oxide concentration, can be measured directly by means of a suitable sensor.
  • the exhaust gas mass flow may preferably be simulated or - in particular based on a model - calculated. Of course, it is also possible to simulate other quantities, in particular concentrations of certain substances in the exhaust gas, or to calculate them - in particular based on a model.
  • the residence time of the exhaust gas in the reactor is dependent, in particular, on the exhaust gas pressure, the exhaust gas mass flow, and / or the exhaust gas temperature, as well as a length of a flow path for the exhaust gas in the reactor which is constant or variable.
  • the residence time is preferably given by the volume of the reactor divided by the volume flow of the exhaust gas through the reactor, and therefore a function of pressure, mass flow, and temperature of the exhaust gas.
  • the conversion of hydrocarbons and especially methane in the reactor depends in particular on the residence time, the temperature in the reactor, the pressure in the reactor, and the concentrations of various substances in the exhaust gas, in particular a nitrogen oxide concentration.
  • the operating parameter of the internal combustion engine is preferably at least one of these conditions, more preferably a plurality of these conditions or even all conditions, adjusted so as to give an optimal or required conversion of hydrocarbons, preferably a complete conversion thereof.
  • the required hydrocarbon conversion depends on the one hand from an operating point of the internal combustion engine, because namely a hydrocarbon emission thereof and in particular a methane slip can be operating point dependent. On the other hand, the required hydrocarbon conversion but also depends on legal provisions in a place where the internal combustion engine is operated. Depending on regulations with regard to permitted hydrocarbon emission limits, it is necessary to achieve higher or lower hydrocarbon conversion in the reactor.
  • both the reactor itself and the process control, in particular the dependence of the at least one operating parameter on the at least one reaction parameter, can be tuned.
  • an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the at least one operating parameter is a combustion parameter. It is therefore preferably a parameter which determines combustion in a combustion chamber of the internal combustion engine, in particular a combustion process.
  • the at least one operating parameter is particularly preferably selected from a group consisting of an ignition point, a fuel mass flow, and a combustion air-fuel ratio, which is generally referred to as lambda value.
  • Fuel mass flow is the operating, load or power point of the internal combustion engine, and set in combination with the combustion air-fuel ratio, the mass flow of the exhaust gas. At least one of these parameters, preferably all of these parameters, may be varied to provide for the most favorable reaction conditions in the reactor, in particular depending on the at least one reaction parameter. The specific choice of the operating parameter also depends on a current operating point of the internal combustion engine. Therefore, the at least one
  • Operating parameters preferably set operating point dependent.
  • suitable values for the at least one operating parameter to be stored in at least one characteristic map, these values being read out of the characteristic field as a function of the operating point.
  • at least one value characterizing the operating point of the internal combustion engine and the at least one reaction parameter of the reactor preferably enter the characteristic field as input values.
  • the map thus spans a room from the at least one Operating parameters, at least one characteristic of the operating point of the internal combustion engine parameters, and the at least one reaction parameter, wherein in particular the at least one operating parameter depending on the at least one characteristic for the operating point of the internal combustion engine parameters and the at least one reaction parameter is stored in the map.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a heating device associated with the reactor is activated in order to increase a temperature in the reactor.
  • the heater is preferably arranged to increase the temperature in the reactor, and in particular to the reactor or integrated into the reactor.
  • This may in particular be an electric heater or a burner, wherein the burner is preferably operable with the fuel, which is also used to operate the internal combustion engine.
  • the heating device it is possible to set a temperature which is optimal for the hydrocarbon conversion in the reactor, even if this is not possible per se by a mere variation of the at least one operating parameter of the Brenich engine. This may be the case in particular in a partial load range or in a low-load range of the internal combustion engine, for example during idling. Sufficient sales of hydrocarbons can then be guaranteed for such operating points.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a residence time of exhaust gas in the reactor is set.
  • the advantage here is that always for a desired sales target with respect to the hydrocarbons a suitable residence time can be guaranteed. It is provided according to an embodiment of the method that the residence time of the exhaust gas in the reactor - in particular
  • the residence time of the exhaust gas in the reactor - in particular operating point-dependent - varies. This may be advantageous on the one hand, because more or less hydrocarbons are emitted depending on an operating point of the internal combustion engine, whereupon the residence time can then be flexibly adjusted, wherein, on the other hand, the residence time can optionally be shortened in order to pursue a deviating control target.
  • the residence time of the exhaust gas can be reduced to sufficiently fast enough in the dynamic case To be able to provide exhaust gas mass flow for the turbine of the exhaust gas turbocharger and thus to improve the response of the internal combustion engine at a load jump. It is then possible, at least for a short time, to deviate from the goal of the highest possible hydrocarbon conversion.
  • the residence time of the exhaust gas in the reactor is adjusted by a reactor volume of the reactor - is changed - preferably operating point dependent.
  • Reactor volume can be used in particular to keep the residence constant regardless of an operating point of the internal combustion engine by the volume is increased, for example, at higher exhaust gas mass flow and reduced at lower exhaust gas mass flow.
  • the residence time by appropriate
  • the reactor volume may preferably be varied mechanically, in particular by changing at least one dimension of the reactor, in particular a change in length thereof, or by varying a flow path in the reactor, for example by blocking or releasing individual flow paths in the reactor.
  • Flow area can be varied.
  • the bypass can be opened in particular in order to lead in the dynamic case as high as possible exhaust gas mass flow past the reactor directly to the turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • the bypass preferably branches off from the exhaust gas line immediately upstream of the reactor and returns to the exhaust gas line immediately downstream of the reactor or immediately upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is injected into the reactor.
  • a reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is injected into the reactor.
  • the reactor can thus be used at the same time as a mixing section for the reducing agent, so that an otherwise usual mixing section is saved in the exhaust system.
  • the exhaust line can then build shorter overall and have a smaller number of components.
  • a urea-water solution is injected into the exhaust gas stream as the reducing agent.
  • Nitrogen dioxide concentration in the exhaust gas is adjusted to a total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. Thus, it is possible to target the nitrogen oxide content in the exhaust gas
  • the ratio of the nitrogen dioxide concentration to the total nitrogen oxide concentration adjusts according to the reaction conditions.
  • this can also be influenced by varying the at least one operating parameter, in particular as a function of the at least one reaction parameter.
  • this ratio is preferably set operating point-dependent or dependent on a current control target or dependent on a higher-level control target.
  • the nitrogen oxide ratio is preferably selected to be 0.5, in which case nitrogen dioxide and nitrogen monoxide are present in equal parts in the exhaust gas. This is optimal for a quick and as complete as possible implementation of the nitrogen oxides in a downstream SCR catalyst.
  • Nitrogen dioxide is sought, so that the nitrogen oxide ratio is shifted as far as possible to 1. Depending on the operating point of the internal combustion engine so either one for the passive
  • a compromise is sought between as complete as possible a conversion of hydrocarbons in the reactor and an optimal for one of the above conditions nitrogen oxide ratio.
  • the operation of the internal combustion engine is set in a first mode to an optimal gas phase reaction of the hydrocarbons, during this
  • Control is left in a second mode, here instead another Control target is pursued, namely - in particular operating point-dependent - a setting of a nitrogen oxide ratio suitable for optimal SCR reaction or passive regeneration of a particulate filter.
  • another Control target is pursued, namely - in particular operating point-dependent - a setting of a nitrogen oxide ratio suitable for optimal SCR reaction or passive regeneration of a particulate filter.
  • a load of the particulate filter and very particularly operating point-dependent - be changed between the two modes.
  • the setting of the nitrogen oxide ratio is carried out - as already stated - preferably by adjusting the reaction conditions in the reactor, in particular by adjusting the at least one operating parameter of the internal combustion engine.
  • the nitrogen oxide ratio is regulated, in particular by varying the at least one
  • an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that in the reactor a - especially outside a combustion chamber of the
  • Internal combustion engine produced - nitrogen oxide compound, in particular nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, or a mixture of nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, preferably with a certain ratio of the substances to one another or based on a total of the mixture is injected.
  • nitrogen oxide compound in particular nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, or a mixture of nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, preferably with a certain ratio of the substances to one another or based on a total of the mixture is injected.
  • the at least one nitrogen oxide compound is preferably produced in a nitrogen oxide generator-in particular separate from the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • an internal combustion engine which has an exhaust line, wherein in the exhaust line - preferably upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger - a reactor for the oxidation of hydrocarbon molecules is arranged.
  • the internal combustion engine is preferably configured to set at least one operating parameter of the internal combustion engine as a function of at least one reaction parameter of the reactor.
  • the internal combustion engine preferably has a control unit which is set up to set at least one operating parameter of the internal combustion engine as a function of at least one reaction parameter of the reactor.
  • the control unit is in particular configured to carry out an embodiment of the method described above.
  • Control unit designed as a central control unit of the internal combustion engine (engine control unit - ECU).
  • the internal combustion engine preferably has at least one detection means for the at least one reaction parameter, which preferably with the control unit
  • the at least one detection means may be designed as a sensor, for example as a temperature sensor or as a nitrogen oxide sensor.
  • the at least one detection means may be designed as a sensor, for example as a temperature sensor or as a nitrogen oxide sensor.
  • the temperature sensor for example as a temperature sensor or as a nitrogen oxide sensor.
  • a temperature sensor upstream of the reactor for detecting the exhaust gas temperature and a nitrogen oxide sensor upstream of the reactor for detecting a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas are also possible to carry out an aging determination for the system of internal combustion engine and reactor by means of the measured values of these two sensors and, in particular, to take account of aging effects.
  • detection means can also be set up as a computing means which is in particular configured to calculate the at least one reaction parameter, in particular based on a simulation or a model calculation.
  • the internal combustion engine preferably has at least one setting means for setting the at least one operating parameter, which is preferably operatively connected to the control unit.
  • the adjustment means may be arranged, for example, as a drive means for an ignition device for specifying and varying an ignition timing.
  • the adjustment means may additionally or alternatively be suitable for influencing the lambda value and / or a stock mass flow in a combustion chamber of the internal combustion engine, wherein it may be designed in particular as a throttle valve, as an inlet valve, as a fuel metering device, in particular as an injector, or in another suitable manner.
  • the reactor is preferably designed as a baffle tube, in particular as a tube, which has deflecting plates for deflecting an exhaust gas stream flowing through the tube.
  • the reactor is designed as a double tube, which has an inner tube and an outer tube.
  • an inlet into the double tube is preferably connected directly to an interior of the inner tube, so that the exhaust gas flowing into the reactor first flows into the inner tube, wherein it flows along a first direction - in particular a longitudinal direction of the reactor -, wherein the inner tube at a the inlet facing away from the end - seen in the longitudinal direction - with the inner tube encompassing
  • Outer tube is in fluid communication.
  • the exhaust gas flows from the inner tube into the outer tube, and it flows back in the opposite direction in the outer tube, wherein at the first end of the two opposite in the flow direction opposite ends of the double tube, on which the inlet is provided, also provided an outlet, wherein the outlet provides fluid communication between the outer tube and the exhaust line downstream of the reactor.
  • both the inner tube and the outer tube on baffles, whereby baffles exist in the tubes, which extend the flow path of the exhaust gas through the tubes.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is also preferred, which is characterized in that the reactor has a flow-length variation mimic that is set up for changing the length of a flow path of the exhaust gas through the reactor.
  • the reactor mechanically - especially in the longitudinal direction - is extensible and shortened
  • the flow-length modification mimic preferably flexible, in particular accordion-like walls of the reactor, and / or interlocking walls in the manner of a push cylinder, and suitable means for stretching or compression of the variable-length reactor.
  • Such means may for example be a linear actuator in the form of a hydraulic, pneumatic or electric actuator.
  • the flow-length variation mimic may also include means for blocking and releasing flow paths within the reactor.
  • the flow-length variation mimic may include movable baffles that can be displaced into the exhaust flow and displaced out of the exhaust flow to extend and shorten the flow path.
  • the flow length Variation mimic is preferably controlled by the control unit, in particular depending on an operating point of the internal combustion engine.
  • the reactor comprises a catalyst material, which is set up for
  • the reactor particularly preferably has a noble metal catalyst. It is possible that at least one wall of the reactor is at least partially coated with the catalyst material. Alternatively, it is possible that in the reactor at least one with the
  • Catalyst material coated substrate is arranged. Particularly preferably, the
  • Reactor at its outlet to a substrate which is coated with the catalyst material.
  • the hydrocarbon conversion and / or oxidation of the reaction products carbon monoxide and formaldehyde, which in the gas phase oxidation of methane under certain
  • Reaction conditions may arise can / can be supported by the catalyst material in an advantageous manner.
  • hydrocarbon emissions may be further reduced beyond the level reached by the reactor itself.
  • the catalyst can help reduce hydrocarbon emissions even at operating points where the reactor can not operate optimally.
  • the reactor is associated with a heating device.
  • the heating device is preferably designed as an electric heater or as a burner.
  • the heating device can preferably be activated by the control unit in order to increase a temperature in the reactor, in particular as needed. In this way, a necessary for the efficient oxidation of hydrocarbons temperature can also be achieved in operating points in which the exhaust gas temperature can not be set high enough for this purpose.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferred, which is characterized in that the reactor is associated with a reducing agent metering device.
  • the reducing agent metering device is in particular designed for dosing
  • the reactor can be used as a mixing section for the distribution of the urea-water solution and for their preparation before a reaction in an SCR catalyst.
  • a separate mixing section can be saved.
  • the SCR catalyst may in particular be integrated at the outlet of the reactor into the reactor or arranged downstream.
  • an embodiment of the internal combustion engine is preferred, which is characterized in that the reactor is associated with a nitrogen oxide metering device. This is set up for metering in at least one - preferably outside one
  • Combustion chamber of the internal combustion engine generated - nitric oxide compound in the reactor, in particular of nitric oxide or nitrogen dioxide, or of a mixture of nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, preferably with a certain ratio of these substances to each other or based on a total of the mixture.
  • the internal combustion engine is in this way - in particular by controlling the nitrogen oxide metering device - preferably set to the nitrogen oxide ratio and / or an absolute nitrogen oxide concentration in the reactor and / or downstream of the reactor, regardless of a current
  • the internal combustion engine preferably has a nitrogen oxide generator-in particular separate from the combustion chambers of the internal combustion engine-which is set up to produce the at least one nitrogen oxide compound,
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. At a
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mining vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator.
  • Internal combustion engine in the field of promotion of fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible. Also, a use of the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or Construction machine, for example in a crane or an excavator, is possible.
  • Internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas.
  • the internal combustion engine when designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • Carbon monoxide and formaldehyde can be implemented as fully as possible by gas phase reaction. Thus, these pollutants are efficiently reduced or even eliminated in the exhaust gas of the gas engine.
  • Internal combustion engine Method steps which have been explained explicitly or implicitly in connection with the internal combustion engine are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method. This is preferably characterized by at least one method step, which is due to at least one feature of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one method step of a preferred embodiment of the method.
  • the internal combustion engine 1 is set up to adjust at least one operating parameter thereof as a function of at least one reaction parameter of the reactor 5.
  • the reactor 5 is preferably designed as a gas-phase reactor. This means in particular that the reactor 5 is set up for the oxidation of hydrocarbon molecules in a gas phase reaction.
  • the reactor 5 is not itself formed as a catalyst, wherein surface-bound reactions take place on a catalyst, and none
  • the internal combustion engine 1 is set up to its operation - in particular operating point-dependent - in at least a first mode to an optimal
  • Gas phase reaction of hydrocarbons in the reactor 5 to optimize is set up to regulate the at least one reaction parameter by varying the at least one operating parameter.
  • the reactor 5 is arranged in the exhaust line 3 in the embodiment shown here upstream of a turbine 7 of an exhaust gas turbocharger 9.
  • the turbine 7 is operatively connected here via a shaft 11 with a compressor 13 which is arranged in a charging path 15 of the internal combustion engine 1.
  • the charging path 15 serves to supply a combustion chamber 17 of the internal combustion engine 1 combustion air or a combustion air-fuel mixture.
  • the embodiment of the internal combustion engine 1 shown here is designed as a mixture-compressing gas engine, so that the combustion chamber 17 through the charging path 15, a compressed by means of the compressor 13 combustion air-fuel mixture is supplied.
  • the reactor 5 is arranged downstream of the combustion chamber 17 in the exhaust line 3. He is preferably as close to the combustion chamber, preferably immediately downstream of a
  • the internal combustion engine 1 preferably has a plurality-in particular identical-combustion chambers 17. It is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine 1 in particular has four, six, eight, ten, twelve, sixteen, eighteen, twenty or twenty-four cylinders. Also a smaller, larger or other
  • the internal combustion engine 1 may be configured as a series engine, as a V engine, as a W engine, or with another configuration of the combustion chambers 17.
  • a piston 19 is arranged displaceably.
  • An inlet 21 of the reactor 5 is preferably in fluid communication with a manifold 23 of the exhaust line 7, wherein the manifold 23 exhaust gas from a plurality of combustion chambers 17 is supplied. It is possible that the collecting pipe 23 exhaust gas from all combustion chambers 17 is supplied.
  • a V- or W-fbrmigen configuration of the combustion chambers 17 but it is also possible that different groups of combustion chambers 17 different
  • each exhaust gas train 3 preferably has a corresponding reactor 5 separately.
  • the reactor 5 is designed in the embodiment shown here in double tube construction, namely with an inner tube 25 which is encompassed by an outer tube 27.
  • an insulation 29 is preferably arranged on the outside, in order to thermally insulate the interior of the reactor 5 and thus to reduce a heat loss from the interior of the reactor 5.
  • baffles 31 are arranged.
  • the inlet 21 opens into the inner tube 25.
  • Exhaust gas therefore first enters the inner tube 25 coming from the combustion chamber 17 through the inlet 21, the exhaust guide being preferably shielded from the inner volume of the outer tube 27 by a pipe stub 33 in the inner tube 25 ,
  • the exhaust gas flows along a longitudinal axis L in a first direction from a first, inlet end of the reactor 5 to a second, in
  • the length of the flow path in the reactor 5 can be influenced and the residence time of the exhaust gas in the reactor 5 - given a given exhaust gas pressure and mass flow.
  • the internal combustion engine 1 has a control unit 39, which is set up to set at least one operating parameter of the internal combustion engine 1 as a function of at least one reaction parameter of the reactor 5.
  • the control unit 39 is preferably designed as a central control unit of the internal combustion engine 1 (engine control unit - ECU).
  • control unit 39 is operatively connected in particular with at least one detection means for the at least one reaction parameter, here with a temperature sensor 41 which is set up and arranged to detect an exhaust gas temperature directly
  • the control unit 39 with a particular immediately upstream of the Reactor 5 arranged pressure sensor for measuring the exhaust pressure is operatively connected.
  • the exhaust gas temperature and the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas upstream of the reactor 5 are preferably detectable.
  • the control unit 39 is further operatively connected to at least one setting means for setting the at least one operating parameter. It is here with an ignition device 45, in particular a spark plug, operatively connected, wherein by the control unit 39 a
  • Ignition timing can be specified in the combustion chamber 17. Additionally or alternatively, the control unit 39 is operatively connected here to a fuel mixing device 47, which is set up, depending on the control by the control unit 39, a certain amount of a fuel 49, in particular a fuel gas, into a combustion air flow 51
  • the fuel mixing device 47 By controlling the fuel mixing device 47 is thus in particular a combustion air-fuel ratio, namely a so-called lambda value, adjustable.
  • the fuel mixing device 47 is arranged here upstream of the compressor 13, so that in the compressor 13, the combustion air-fuel mixture, which through the fuel mixing device 47 is generated, is compressed, wherein the compressed mixture via the charging path 15 of the
  • Combustion chamber 17 is supplied.
  • a throttle valve 53 is disposed in the charging path 15, which is also controlled by the control unit 39.
  • the throttle valve 53 is preferably a
  • a variably adjustable inlet valve 55 which has a fully variable valve drive 57, which is also operatively connected to the control unit 39.
  • the internal combustion engine 1 has only the throttle valve 53 and a conventional intake valve 55 without fully variable valve train. It is also possible for the internal combustion engine 1 to have the inlet valve 55 with the fully variable valve drive 57, but no throttle valve 53 for this purpose. In this case, the function of the throttle valve 53 can be taken over by the fully variable inlet valve 55. Also, by controlling the throttle valve 53 and / or the intake valve 55, it is possible to control the conditions in the
  • combustion chamber 17 To change combustion chamber 17 so that they affect the at least one reaction parameter of the reactor 5.
  • the combustion chamber 17 is fluidly connected to the manifold 23 via an outlet valve 59.
  • the control unit 39 is thus in particular designed to be dependent on measured values of the
  • the reactor 5 preferably has a flow-length modification mimic, not illustrated here, which is set up to change the length of a flow path through the reactor 5. In this case, by means of the flow-length modification mimic
  • a length of the reactor 5 - preferably in the direction of the longitudinal axis L - be changeable, or it is possible within the reactor 5 certain flow paths to lock and release, for example by means of movable flaps or baffles.
  • a bypass is preferably provided, which branches off upstream of the reactor 5 from the collecting pipe 23 and opens downstream of the reactor 5 in front of the turbine 7 in the exhaust line 3.
  • a flow cross section of the bypass is variable. This makes it possible, in particular in the dynamic case, to rapidly increase the mass flow to the turbine 7 and thus to bring about a rapid response of the turbocharger 9, in particular when load is applied.
  • the reactor 5 preferably has a catalyst material, wherein in the exemplary embodiment illustrated here, a substrate 61 coated with a catalyst material is arranged in the region of the outlet 37.
  • the catalyst material is preferably a noble metal catalyst.
  • the catalyst material is configured to catalyze an oxidation reaction of carbon monoxide and / or hydrocarbons.
  • the catalyst material supports the mode of action of the reactor 5 and ensures in particular in operating points in which the reactor 5 can not work optimally, an effective reduction of the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine 1.
  • the reactor 5 also a heater 63 assigned, which is operatively connected to the control unit 39 and controlled by this. By means of the heater 63, it is possible to increase the temperature in the reactor 5 as needed, if the exhaust gas temperature in certain
  • the heater 63 is
  • the reactor 5 is preferably associated with a reducing agent metering device 65 which is set up to inject a reducing agent, in particular a urea-water solution, into the reactor 5. This thus serves advantageously as a mixing section for the reducing agent, in particular a urea-water solution, into the reactor 5.
  • the reducing agent metering device 65 is particularly preferably arranged close to the inlet 21, so that the full flow path through the reactor 5 as Mixing section is available. In a separate mixing section for the reducing agent can then be dispensed with.
  • the reducing agent metering device 65 is preferably operatively connected to the control unit 39 and controlled by this.
  • the reactor 5 is preferably associated with a nitrogen oxide metering device 67.
  • This is set up for metering in at least one nitrogen oxide compound, preferably produced outside the combustion chamber 17 of the internal combustion engine 1, into the reactor 5, in particular nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, or a mixture of nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, preferably with a specific ratio of these substances to one another or based on a total of the mixture.
  • the internal combustion engine 1 is in this way - in particular by controlling the nitrogen oxide metering device 67 by the controller 39 - preferably set to the nitrogen oxide ratio and / or an absolute nitrogen oxide concentration in the reactor 5 and / or downstream of the reactor 5 regardless a current operating point of the Brerinkraftmaschine 1 - preferably with regard to a currently desired control target - set.
  • the internal combustion engine 1 preferably has a nitrogen oxide generator 69, in particular separate from the combustion chamber 17, which is set up to produce the at least one nitrogen oxide compound, for example from air by a chemical reaction or a physical process, for example an electrical discharge.
  • a nitrogen oxide generator 69 in particular separate from the combustion chamber 17, which is set up to produce the at least one nitrogen oxide compound, for example from air by a chemical reaction or a physical process, for example an electrical discharge.
  • the nitrogen oxide metering device 67 and / or the nitrogen oxide generator 69 is / are preferably operatively connected to the control unit 39 and can be controlled by it, in particular by the
  • Nitrogen oxide ratio or an absolute nitrogen oxide concentration in the reactor 5 to a value favorable for the hydrocarbon conversion value or with regard to another control target.
  • the reactor 5 is particularly suitable for the oxidation of hydrocarbons, in internal combustion engines 1, which are operated with methane-containing special gases, in particular landfill gas, product gas of wood gasification, or biogas.
  • the reactor 5 has as
  • the gas-phase reactor does not undergo thermal aging, so that the hydrocarbon Sales is stable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die in einem Abgasstrang (3) einen Reaktor (5) zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors (5) eingestellt wird.

Description

BESCHREIBUNG VERFAHRNE UND VORRICHTUNG ZUM STEUERN EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine
Brennkraftmaschine. Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen ergibt sich grundsätzlich das Problem einer Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Bei Gasmotoren, die mit methanhaltigem Brenngas betrieben werden, wird hauptsächlich klimaschädliches Methan emittiert, was auch als
Methanschlupf bezeichnet wird. Dabei zeigt sich, dass sich insbesondere kürzerkettige
Kohlenwasserstoffe und ganz besonders Methan als stabiles Molekül im Vergleich zu höherwertigen oder längerkettigen Kohlenwasserstoffen nur schwer an Katalysatoren umsetzen lassen. Hinzu kommt, dass solche Katalysatoren empfindlich auf Katalysatorgifte reagieren, insbesondere auf Schwefel, sodass sie nur in geringem Maße zur Verwendung bei
Brennkraftmaschinen geeignet sind, die mit schwefelhaltigen Sondergasen, wie beispielsweise Deponiegas, Produktgas aus der Holzvergasung, oder Biogas, betrieben werden. Weiterhin unterliegen solche Katalysatoren einer thermischen Alterung, wodurch der Umsatz an
Kohlenwasserstoff mit der Zeit signifikant verringert wird. Darüber hinaus zeigt sich, dass eine katalytische Umsetzung insbesondere von Methan einen hohen Aufwand bedingt, da hierfür geeignete Katalysatoren eine hohe Edelmetallbeladung aufweisen müssen und hohe
Temperaturen benötigen. Insgesamt sind daher bisher bekannte Betriebsverfahren sowie auch Brennkraftmaschinen in Hinblick auf die Kohlenwasserstoff-Emissionen und eine
diesbezügliche Abgasnachbehandlung verbesserungswürdig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei die Brerinkraftmaschine in einem Abgasstrang einen Reaktor aufweist, der eingerichtet ist zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors eingestellt wird. In dem Reaktor können sowohl höherkettige Kohlenwasserstoffe als auch insbesondere kurzkettige Kohlenwasserstoffe und ganz besonders Methan sehr effizient und vorzugsweise vollständig oxidiert werden.
Dabei ist der Reaktor vorzugsweise als Gasphasen-Reaktor ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass der Reaktor eingerichtet ist zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen in einer Gasphasenreaktion. Der Reaktor ist insbesondere nicht als Katalysator ausgebildet, wobei an einem Katalysator oberflächengebundene Reaktionen stattfinden, und keine
Gasphasenreaktionen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Reaktor frei ist von einem Katalysatormaterial, insbesondere von jeglichem Katalysatormaterial. Der Reaktor ist aufgrund seiner Eigenschaft als Gasphasen-Reaktor nicht angewiesen auf einen katalytischen Mechanismus. Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem der Reaktor zusätzlich ein Katalysatormaterial aufweist, insbesondere um einen Umsatz an
Kohlenwasserstoffen noch über die reine Gasphasenreaktion hinaus zu erhöhen.
Durch den Reaktor bedarf es also keines Katalysators zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen mehr, wobei gegebenenfalls zusätzlich ein - dann allerdings im Vergleich zu einer Bauweise ohne den Reaktor deutlich verkleinerter - Katalysator vorgesehen sein kann.
Indem wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors eingestellt wird, kann stets gewährleistet werden, dass Kohlenwasserstoffe und insbesondere Methan wirksam in dem Reaktor umgesetzt werden, sodass die Brennkraftmaschine deutlich verringerte und besonders bevorzugt keine Kohlenwasserstoff-Emissionen mehr aufweist. Dabei sind keine Vergiftung und auch keine Alterung von Katalysatormaterial zu befürchten. Die mit dem Verfahren betriebene
Brennkraftmaschine ist daher insbesondere auch für den Betrieb mit Sondergasen, insbesondere mit schwefelhaltigen Sondergasen, insbesondere Deponiegas, Produktgas aus der
Holzvergasung, und/oder Biogas geeignet. Sie kann aber auch als Dieselmotor oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Der Reaktor ist vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers der
Brennkraftmaschine angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass hier noch eine vergleichsweise hohe Abgastemperatur gegeben ist, welche die Reaktion in dem Reaktor begünstigt. Der Reaktor ist zusätzlich vorzugsweise stromabwärts eines Brennraums der Brennkraftmaschine und insbesondere brennraumnah angeordnet, wobei die in dem Reaktor herrschenden
Abgastemperaturen umso höher sein können, je näher der Reaktor an einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der Reaktor als Reaktionsgefäß ausgebildet, welches durch das Abgas durchströmt wird, sodass in dem Reaktionsgefäß eine Gasphasenreaktion stattfinden kann. Dabei weist der Reaktor vorzugsweise wenigstens ein Schikaneelement auf, das insbesondere als Umlenkblech ausgebildet sein kann. Hierdurch wird der Strömungspfad durch den Reaktor für das Abgas erhöht und somit zugleich eine Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor verlängert und eine Durchmischung der verschiedenen Stoffe im Abgas verbessert. Dies begünstigt eine möglichst vollständige Oxidation von Kohlenwasserstoffen.
Vorzugsweise wird der Betrieb der Brennkraftmaschine im Rahmen des Verfahrens - insbesondere betriebspunktabhängig - in wenigstens einer ersten Betriebsart auf eine optimale Gasphasenreaktion der Kohlenwasserstoffe in dem Reaktor optimiert. Der wenigstens eine Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wird demnach bevorzugt in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Reaktionsparameter des Reaktors so eingestellt, dass in dem Reaktor möglichst optimale Bedingungen für die Gasphasenreaktion der Kohlenwasserstoffe, mithin insbesondere deren Oxidation, herrschen. Es ist auf diese Weise möglich, eine nahezu vollständige oder vollständige Oxidation der Kohlenwasserstoffe in dem Reaktor zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Reaktionsparameter durch eine Variation des wenigstens einen
Betriebsparameters geregelt wird. Es wird also vorzugsweise ein Regelverfahren angewendet, mit dem die Bedingungen in dem Reaktor und insbesondere der wenigstens eine
Reaktionsparameter so eingestellt wird/werden, dass Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Methan, mit einem vorbestimmten Umsatz - insbesondere abgestimmt auf einen momentanen
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - in dem Reaktor oxidiert werden. Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der wenigstens eine Reaktionsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Abgastemperatur, einem Abgasdruck, einem Abgasmassenstrom, einer Kohlenwasserstoff- Konzentration im Abgas, insbesondere einer Methankonzentration im Abgas, einer Gesamt- Stickoxid-Konzentration im Abgas, einer Stickstoffmonoxid-Konzentration im Abgas, einer Stickstoffdioxid-Konzentration im Abgas, und einem Verhältnis einer Stickstoffdioxid- Konzentration im Abgas zu einer Gesamt-Stickoxid-Konzentration im Abgas. Vorzugsweise wird eine Mehrzahl dieser Reaktionsparameter in dem Verfahren verwendet, wobei
grundsätzlich beliebige Kombinationen möglich sind. Bei einem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel werden als Reaktionsparameter die Abgastemperatur und die
Gesamtstickoxid-Konzentration verwendet.
Dabei ist es möglich, dass wenigstens ein erster Reaktionsparameter direkt gemessen wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass wenigstens ein zweiter Reaktionsparameter simuliert oder - insbesondere anhand eines Modells - berechnet wird. Die Abgastemperatur als Reaktionsparameter kann beispielsweise stromaufwärts - bevorzugt unmittelbar stromaufwärts - des Reaktors oder auch in dem Reaktor gemessen werden. Ebenso kann der Abgasdruck stromaufwärts des Reaktors - vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts des Reaktors oder auch in dem Reaktor, gemessen werden. Auch Konzentrationen bestimmter Stoffe im Abgas, insbesondere eine Gesamt-Stickoxid-Konzentration, können mittels eines geeigneten Sensors direkt gemessen werden. Der Abgasmassenstrom kann vorzugsweise simuliert oder - insbesondere anhand eines Modells - berechnet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Größen, insbesondere Konzentrationen bestimmter Stoffe im Abgas, zu simulieren oder - insbesondere anhand eines Modells - zu berechnen.
Die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor ist insbesondere abhängig von dem Abgasdruck, dem Abgasmassenstrom, und/oder der Abgastemperatur, sowie von einer - konstanten oder veränderlichen - Länge eines Strömungspfads für das Abgas in dem Reaktor. Die Verweilzeit ist vorzugsweise gegeben durch das Volumen des Reaktors geteilt durch den Volumenstrom des Abgases durch den Reaktor, und daher eine Funktion von Druck, Massenstrom, und Temperatur des Abgases. Der Umsatz von Kohlenwasserstoffen und insbesondere Methan in dem Reaktor hängt insbesondere von der Verweilzeit, der Temperatur in dem Reaktor, dem Druck in dem Reaktor, und den Konzentrationen verschiedener Stoffe im Abgas, insbesondere einer Stickoxid- Konzentration, ab. Durch die Einstellung des Betriebsparameters der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise wenigstens eine dieser Bedingungen, besonders bevorzugt eine Mehrzahl dieser Bedingungen oder sogar alle Bedingungen, so eingestellt, dass sich ein optimaler oder benötigter Umsatz von Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise ein vollständiger Umsatz derselben, ergibt. Der benötigte Kohlenwasserstoff-Umsatz hängt dabei zum einen von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ab, weil nämlich eine Kohlenwasserstoff-Emission derselben und insbesondere ein Methanschlupf betriebspunktabhängig sein kann. Zum anderen hängt der benötigte Kohlenwasserstoff-Umsatz aber auch von gesetzlichen Bestimmungen an einem Ort ab, an welchem die Brennkraftmaschine betrieben wird. Je nach Vorschriften in Hinblick auf erlaubte Kohlenwasserstoff-Emissionsgrenzwerte ist es nötig, in dem Reaktor einen höheren oder einen geringeren Umsatz an Kohlenwasserstoffen zu erzielen. Hierauf kann sowohl der Reaktor selbst als auch die Verfahrensführung, insbesondere die Abhängigkeit des wenigstens einen Betriebsparameters von dem wenigstens einen Reaktionsparameter abgestimmt werden. Es wird insbesondere eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter ein Verbrennungsparameter ist. Es handelt sich demnach vorzugsweise um einen Parameter, welcher eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bestimmt, insbesondere einen Brennverlauf. Der wenigstens eine Betriebsparameter ist besonders bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Zündzeitpunkt, einem Brennstoffmassenstrom, und einem Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis, das allgemein auch als Lambda-Wert bezeichnet wird. Mit dem
Brennstoffmassenstrom wird der Betriebs-, Last- oder Leistungspunkt der Brennkraftmaschine, sowie in Kombination mit dem Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis der Massenstrom des Abgases eingestellt. Wenigstens einer dieser Parameter, vorzugsweise alle diese Parameter, können variiert werden, um möglichst günstige Reaktionsbedingungen in dem Reaktor zu schaffen, wobei sie insbesondere in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Reaktionsparameter variiert werden. Dabei hängt die spezifische Wahl des Betriebsparameters auch von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ab. Daher wird der wenigstens eine
Betriebsparameter vorzugsweise betriebspunktabhängig eingestellt. Insbesondere ist es möglich, dass geeignete Werte für den wenigstens einen Betriebsparameter in wenigstens einem Kennfeld hinterlegt sind, wobei diese betriebspunktabhängig aus dem Kennfeld ausgelesen werden. Dabei gehen in das Kennfeld als Eingangswerte bevorzugt wenigstens ein den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisierender Wert und der wenigstens eine Reaktionsparameter des Reaktors ein. Das Kennfeld spannt also einen Raum aus dem wenigstens einen Betriebsparameter, wenigstens einem für den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakteristischen Parameter, und dem wenigstens einen Reaktionsparameter auf, wobei insbesondere der wenigstens eine Betriebsparameter in Abhängigkeit von dem wenigstens einen für den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakteristischen Parameter und dem wenigstens einen Reaktionsparameter in dem Kennfeld hinterlegt ist.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine dem Reaktor zugeordnete Heizeinrichtung angesteuert wird, um eine Temperatur in dem Reaktor zu erhöhen. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um die Temperatur in dem Reaktor zu erhöhen, und insbesondere an dem Reaktor angeordnet oder in den Reaktor integriert. Dabei kann es sich insbesondere um eine elektrische Heizeinrichtung oder um einen Brenner handeln, wobei der Brenner vorzugsweise mit dem Brennstoff betreibbar ist, der auch zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird. Mithilfe der Heizeinrichtung ist es möglich, eine für den Kohlenwasserstoff-Umsatz in dem Reaktor optimale Temperatur auch dann einzustellen, wenn dies durch eine reine Variation des wenigstens einen Betriebsparameters der Brenrikraftmaschine für sich genommen nicht möglich ist. Dies kann insbesondere in einem Teillastbereich oder in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Leerlauf, der Fall sein. Hinreichende Umsätze von Kohlenwasserstoffen können dann auch für solche Betriebspunkte gewährleistet werden.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Verweilzeit von Abgas in dem Reaktor eingestellt wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass stets eine für ein angestrebtes Umsatzziel bezüglich der Kohlenwasserstoffe eine geeignete Verweilzeit gewährleistet werden kann. Dabei ist gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor - insbesondere
betriebspunktunabhängig - konstant gehalten wird. Damit kann vorzugsweise gewährleistet werden, dass die Verweilzeit stets für einen gewünschten Umsatz der Kohlenwasserstoffe lang genug ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor - insbesondere betriebspunktabhängig - variiert. Dies kann zum einen vorteilhaft sein, weil abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mehr oder weniger Kohlenwasserstoffe emittiert werden, worauf die Verweilzeit dann flexibel angepasst werden kann, wobei zum anderen die Verweilzeit gegebenenfalls verkürzt werden kann, um ein abweichendes Regelungsziel zu verfolgen. Beispielsweise kann kurzfristig die Verweilzeit des Abgases reduziert werden, um im Dynamikfall ausreichend schnell einen hinreichenden Abgasmassenstrom für die Turbine des Abgasturboladers zur Verfügung stellen zu können und so das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei einem Lastsprung zu verbessern. Es ist dann möglich, zumindest kurzzeitig von dem Ziel eines möglichst hohen Kohlenwasserstoff- Umsatzes abzuweichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor eingestellt wird, indem ein Reaktorvolumen des Reaktors - vorzugsweise betriebspunktabhängig - verändert wird. Eine solche Veränderung des
Reaktorvolumens kann insbesondere genutzt werden, um die Verweilzeit unabhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine konstant zu halten, indem das Volumen beispielsweise bei höherem Abgasmassenstrom vergrößert und bei niedrigerem Abgasmassenstrom verringert wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Verweilzeit durch entsprechende
Veränderung des Reaktorvolumens zu variieren. Das Reaktorvolumen kann vorzugsweise mechanisch, insbesondere durch Änderung von wenigstens einer Abmessung des Reaktors, insbesondere einer Längenänderung desselben, oder durch Variation eines Strömungspfads in dem Reaktor, beispielsweise durch Sperren oder Freigeben einzelner Strömungspfade in dem Reaktor, variiert werden.
Es ist auch möglich, dass ein Bypass um den Reaktor vorgesehen ist, dessen
Durchströmungsquerschnitt variiert werden kann. Dabei kann der Bypass insbesondere geöffnet werden, um im Dynamikfall einen möglichst hohen Abgasmassenstrom an dem Reaktor vorbei unmittelbar zu der Turbine des Abgasturboladers zu führen. Dementsprechend zweigt der Bypass vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts des Reaktors aus dem Abgasstrang ab und mündet unmittelbar stromabwärts des Reaktors oder unmittelbar stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers wieder in den Abgasstrang.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass in den Reaktor ein Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eingedüst wird. Vorteilhaft hieran ist, dass der Reaktor somit zugleich als Mischstrecke für das Reduktionsmittel verwendet werden kann, sodass eine ansonsten übliche Mischstrecke in dem Abgasstrang eingespart wird. Der Abgasstrang kann dann insgesamt kürzer bauen und eine geringere Zahl von Komponenten aufweisen. Vorzugsweise wird als Reduktionsmittel eine Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrom eingedüst. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass - insbesondere in wenigstens einer zweiten Betriebsart - ein an einem Ausgang des Reaktors vorliegendes Verhältnis einer
Stickstoffdioxid-Konzentration im Abgas zu einer Gesamt- Stickoxid-Konzentration im Abgas eingestellt wird. Somit ist es möglich, gezielt den Stickoxid-Gehalt im Abgas durch
entsprechende Reaktionsführung in dem Reaktor zu beeinflussen. In der Gasphasenreaktion der Kohlenwasserstoffe stellt sich das Verhältnis der Stickstoffdioxid-Konzentration zu der Gesamt- Stickoxid-Konzentration entsprechend den Reaktionsbedingungen ein. Somit kann dieses auch durch Variation des wenigstens einen Betriebsparameters - insbesondere in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Reaktionsparameter - beeinflusst werden.
Dabei wird vorzugsweise dieses Verhältnis betriebspunktabhängig oder abhängig von einem momentanen Regelungsziel oder abhängig von einem übergeordneten Regelungsziel eingestellt. Insbesondere ist es möglich, dass das Verhältnis der Stickstoffdioxid-Konzentration zu der Gesamt-Stickoxid-Konzentration, welches im Folgenden kurz als Stickoxid- Verhältnis bezeichnet wird, in Hinblick auf eine optimale Nutzung von SCR-Reaktionen, oder aber zur passiven Regeneration eines stromabwärts des Reaktors angeordneten Partikelfilters eingestellt wird. Insbesondere zur Nutzung einer sogenannten Fast-SCR-Reaktion wird das Stickoxid- Verhältnis bevorzugt zu 0,5 gewählt, wobei dann Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid zu gleichen Teilen im Abgas vorliegen. Dies ist für eine schnelle und möglichst vollständig Umsetzung der Stickoxide in einem nachgelagerten SCR-Katalysator optimal. Zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters wird dagegen bevorzugt ein möglichst hoher Anteil von
Stickstoffdioxid angestrebt, sodass das Stickoxid- Verhältnis nach Möglichkeit gegen 1 verschoben wird. Je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine kann also entweder ein für die passive
Regeneration eines Partikelfilters oder für eine möglichst schnelle und vollständige SCR- Reaktion günstiges Stickoxid- Verhältnis eingestellt werden.
Vorzugsweise wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens ein Kompromiss angestrebt zwischen einer möglichst vollständigen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen in dem Reaktor und einem für eine der vorgenannten Bedingungen optimalen Stickoxid- Verhältnis. Es ist aber auch möglich, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine in einer ersten Betriebsart auf eine optimale Gasphasenreaktion der Kohlenwasserstoffe eingestellt wird, während dieses
Regelungsziel in einer zweiten Betriebsart verlassen wird, wobei hier stattdessen ein anderes Regelungsziel verfolgt wird, nämlich - insbesondere betriebspunktabhängig - eine Einstellung eines Stickoxid- Verhältnisses passend für eine optimale SCR-Reaktion oder für eine passive Regeneration eines Partikelfilters. Dabei kann insbesondere abhängig von momentanen Anforderungen an die Brennkraftmaschine - beispielsweise einer Beladung des Partikelfilters und ganz besonders betriebspunktabhängig - zwischen den beiden Betriebsarten gewechselt werden.
Die Einstellung des Stickoxid- Verhältnisses erfolgt - wie bereits ausgeführt - bevorzugt durch Einstellen der Reaktionsbedingungen in dem Reaktor, insbesondere durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameters der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt wird das Stickoxid- Verhältnis geregelt, insbesondere durch Variation des wenigstens einen
Betriebsparameters.
Schließlich wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass in den Reaktor eine - insbesondere außerhalb eines Brennraums der
Brennkraftmaschine erzeugte - Stickoxid- Verbindung, insbesondere Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, oder ein Gemisch aus Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, vorzugsweise mit einem bestimmten Verhältnis der Stoffe zueinander oder bezogen auf eine Gesamtheit des Gemischs, eingedüst wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Stickoxid- Verhältnis und/oder eine absolute Stickoxid-Konzentration in dem Reaktor und/oder stromabwärts des Reaktors unabhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - vorzugsweise in Hinblick auf ein momentan angestrebtes Regelungsziel - einzustellen. Die wenigstens eine Stickoxid- Verbindung wird bevorzugt in einem - insbesondere von den Brennräumen der Brennkraftmaschine separaten - Stickoxid-Generator hergestellt,
beispielsweise aus Luft durch eine chemische Reaktion oder einen physikalischen Prozess, beispielsweise eine elektrische Entladung.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die einen Abgasstrang aufweist, wobei in dem Abgasstrang - vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers - ein Reaktor zur Oxidation von Kohlenwasserstoff- Molekülen angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine ist dabei vorzugsweise eingerichtet zur Einstellung von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Der Reaktor ist vorzugsweise stromabwärts eines Brennraums der Brennkraftmaschine, insbesondere unmittelbar stromabwärts, vorzugsweise möglichst brennraumnah, angeordnet. Somit profitiert der Reaktor von den brennraumnah noch sehr heißen Abgastemperaturen.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise ein Steuergerät auf, welches eingerichtet ist, um wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors einzustellen. Das Steuergerät ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens.
Es ist möglich, dass hierzu ein separates Steuergerät vorgesehen ist. Bevorzugt ist das
Steuergerät allerdings als zentrales Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgebildet (Engine Control Unit - ECU). Weiterhin weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens ein Erfassungsmittel für den wenigstens einen Reaktionsparameter auf, welches bevorzugt mit dem Steuergerät
wirkverbunden ist. Das wenigstens eine Erfassungsmittel kann als Sensor ausgebildet sein, beispielsweise als Temperatursensor oder als Stickoxid-Sensor. Bevorzugt weist die
Brennkraftmaschine einen Temperatursensor stromaufwärts des Reaktors zur Erfassung der Abgastemperatur und einen Stickoxid-Sensor stromaufwärts des Reaktors zur Erfassung einer Stickoxid-Konzentration im Abgas auf. Dabei ist es möglich, mittels der Messwerte dieser beiden Sensoren auch eine Alterungsbestimmung für das System aus Brennkraftmaschine und Reaktor durchzuführen und insbesondere Alterungseffekte zu berücksichtigen. Das
Erfassungsmittel kann aber auch eingerichtet sein als Rechenmittel, welches insbesondere eingerichtet ist zur Berechnung des wenigstens einen Reaktionsparameters, insbesondere anhand einer Simulation oder einer Modellrechnung.
Weiterhin weist die Brennkraftmaschine bevorzugt wenigstens ein Einstellmittel zur Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters auf, welches bevorzugt mit dem Steuergerät wirkverbunden ist. Das Einstellmittel kann beispielsweise als Ansteuerungsmittel für eine Zündeinrichtung zur Vorgabe und Variation eines Zündzeitpunkts eingerichtet sein. Das Einstellmittel kann zusätzlich oder alternativ geeignet sein, den Lambda-Wert und/oder einen Brermstoffmassenstrom in einem/einen Brennraum der Brennkraftmaschine zu beeinflussen, wobei es insbesondere als Drosselklappe, als Einlassventil, als Brennstoffzumischeinrichtung, insbesondere als Injektor, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein kann.
Der Reaktor ist vorzugsweise als Schikanerohr ausgebildet, insbesondere als Rohr, welches Umlenkbleche zur Umlenkung eines durch das Rohr strömenden Abgasstroms aufweist.
Besonders bevorzugt ist der Reaktor als Doppelrohr ausgebildet, welches ein Innenrohr und ein Außenrohr aufweist. Dabei ist ein Einlass in das Doppelrohr vorzugsweise unmittelbar mit einem Inneren des Innenrohrs verbunden, sodass das in den Reaktor einströmende Abgas zunächst in das Innenrohr strömt, wobei es dieses entlang einer ersten Richtung - insbesondere einer Längsrichtung des Reaktors - durchströmt, wobei das Innenrohr an einem dem Einlass abgewandten Ende - in Längsrichtung gesehen - mit dem das Innenrohr umgreifenden
Außenrohr in Fluidverbindung ist. Dort strömt das Abgas von dem Innenrohr in das Außenrohr, und es strömt in entgegengesetzter Richtung in dem Außenrohr zurück, wobei an dem ersten Ende der beiden in Strömungsrichtung gesehen gegenüberliegenden Enden des Doppelrohrs, an welchem der Einlass vorgesehen ist, auch ein Auslass vorgesehen ist, wobei der Auslass eine Fluidverbindung zwischen dem Außenrohr und dem Abgasstrang stromabwärts des Reaktors bereitstellt. Vorzugsweise weisen sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr Umlenkbleche auf, wodurch in den Rohren Schikanen existieren, welche den Strömungspfad des Abgases durch die Rohre verlängern.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Reaktor eine Strömungslängen- Veränderungsmimik aufweist, die eingerichtet ist zur Veränderung der Länge eines Strömungspfads des Abgases durch den Reaktor. Dabei ist es möglich, dass der Reaktor mechanisch - insbesondere in Längsrichtung gesehen - verlängerbar und verkürzbar ist, wobei die Strömungslängen- Veränderungsmimik vorzugsweise flexible, insbesondere ziehharmonikaartige Wandungen des Reaktors, und/oder ineinander greifende Wandungen nach Art eines Schubzylinders, sowie geeignete Mittel zur Streckung oder Stauchung des derart längenvariablen Reaktors umfasst. Solche Mittel können beispielsweise ein Linearaktuator in Form eines hydraulischen, pneumatischen oder auch elektrischen Aktuators sein. Die Strömungslängen- Veränderungsmimik kann aber auch Mittel umfassen, um Strömungspfade innerhalb des Reaktors zu sperren und freizugeben. Insbesondere ist es möglich, dass die Strömungslängen- Veränderungsmimik bewegliche Umlenkbleche umfasst, die in den Abgasstrom verlagert und aus dem Abgasstrom heraus verlagert werden können, um den Strömungspfad zu verlängern und zu verkürzen. Die Strömungslängen- Veränderungsmimik ist vorzugsweise durch das Steuergerät ansteuerbar, insbesondere abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Reaktor ein Katalysatormaterial aufweist, welches eingerichtet zur
Katalyse einer Kohlenmonoxid- und/oder Kohlenwasserstoff-Oxidationsreaktion. Besonders bevorzugt weist der Reaktor einen Edelmetall-Katalysator auf. Dabei ist es möglich, dass wenigstens eine Wandung des Reaktors zumindest bereichsweise mit dem Katalysatormaterial beschichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass in dem Reaktor wenigstens ein mit dem
Katalysatormaterial beschichtetes Substrat angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist der
Reaktor an seinem Auslass ein Substrat auf, welches mit dem Katalysatormaterial beschichtet ist. Der Kohlenwasserstoff-Umsatz und/oder eine Oxidation der Reaktionsprodukte Kohlenmonoxid und Formaldehyd, die bei der Gasphasen-Oxidation von Methan unter bestimmten
Reaktionsbedingungen entstehen können, kann/können durch das Katalysatormaterial in vorteilhafter Weise unterstützt werden. Somit können die Kohlenwasserstoff-Emissionen gegebenenfalls über das durch den Reaktor selbst erreichte Niveau hinaus noch weiter gesenkt werden. Weiterhin kann der Katalysator helfen, die Kohlenwasserstoff-Emissionen auch in Betriebspunkten zu senken, in welchen der Reaktor nicht optimal arbeiten kann. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass dem Reaktor eine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtung oder als Brenner ausgebildet. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise durch das Steuergerät ansteuerbar, um insbesondere bedarfsgerecht eine Temperatur in dem Reaktor zu erhöhen. Auf diese Weise kann eine zur effizienten Oxidation von Kohlenwasserstoffen nötige Temperatur auch in Betriebspunkten erreicht werden, in welchen die Abgastemperatur hierfür nicht hoch genug eingestellt werden kann.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass dem Reaktor eine Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung zugeordnet ist. Die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Eindosierung von
Reduktionsmittel, insbesondere von einer Harnstoff- Wasser-Lösung, in den Reaktor. Auf diese Weise kann der Reaktor als Mischstrecke zur Verteilung der Harnstoff- Wasser-Lösung und zu deren Aufbereitung vor einer Umsetzung in einem SCR-Katalysator verwendet werden. Eine separate Mischstrecke kann dadurch eingespart werden. Der SCR-Katalysator kann insbesondere am Austritt des Reaktors in den Reaktor integriert oder nachfolgend angeordnet sein.
Schließlich wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass dem Reaktor eine Stickoxid-Dosiereinrichtung zugeordnet ist. Diese ist eingerichtet zur Eindosierung von wenigstens einer - vorzugsweise außerhalb eines
Brennraums der Brennkraftmaschine erzeugten - Stickoxid- Verbindung in den Reaktor, insbesondere von Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, oder von einem Gemisch aus Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, vorzugsweise mit einem bestimmten Verhältnis dieser Stoffe zueinander oder bezogen auf eine Gesamtheit des Gemischs. Die Brennkraftmaschine ist auf diese Weise - insbesondere durch Ansteuerung der Stickoxid-Dosiereinrichtung - bevorzugt eingerichtet, um das Stickoxid- Verhältnis und/oder eine absolute Stickoxid-Konzentration in dem Reaktor und/oder stromabwärts des Reaktors unabhängig von einem momentanen
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - vorzugsweise in Hinblick auf ein momentan
angestrebtes Regelungsziel - einzustellen. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt einen - insbesondere von den Brennräumen der Brennkraftmaschine separaten - Stickoxid-Generator auf, der eingerichtet ist zur Herstellung der wenigstens einen Stickoxid- Verbindung,
beispielsweise aus Luft durch eine chemische Reaktion oder einen physikalischen Prozess, beispielsweise eine elektrische Entladung.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären
Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der
Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die
Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.
Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit der Anwendung des Verfahren bei einem Gasmotor beziehungsweise in Zusammenhang mit einer als Gasmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine ist, dass unter bestimmten Reaktionsbedingungen in dem Reaktor auch die Stoffe
Kohlenmonoxid und Formaldehyd durch Gasphasenreaktion möglichst vollständig umgesetzt werden können. Somit werden diese Schadstoffe im Abgas des Gasmotors effizient verringert oder sogar beseitigt.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 3, in dem ein Reaktor 5 angeordnet ist, der eingerichtet ist zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Dabei ist die Brennkraftmaschine 1 eingerichtet, um wenigstens einen Betriebsparameter derselben in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors 5 einzustellen. Der Reaktor 5 ist vorzugsweise als Gasphasen-Reaktor ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass der Reaktor 5 eingerichtet ist zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen in einer Gasphasenreaktion. Insbesondere ist der Reaktor 5 nicht selbst als Katalysator ausgebildet, wobei an einem Katalysator oberflächengebundene Reaktionen stattfinden, und keine
Gasphasenreaktionen.
Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 1 eingerichtet, um ihren Betrieb - insbesondere betriebspunktabhängig - in wenigstens einer ersten Betriebsart auf eine optimale
Gasphasenreaktion der Kohlenwasserstoffe in dem Reaktor 5 zu optimieren. Besonders bevorzugt ist die Brennkraftmaschine eingerichtet, um den wenigstens einen Reaktionsparameter durch Variation des wenigstens einen Betriebsparameters zu regeln.
Der Reaktor 5 ist in dem Abgasstrang 3 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel stromaufwärts einer Turbine 7 eines Abgasturboladers 9 angeordnet. Dabei ist die Turbine 7 hier über eine Welle 11 mit einem Verdichter 13 wirkverbunden, der in einem Ladepfad 15 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Der Ladepfad 15 dient dazu, einem Brennraum 17 der Brennkraftmaschine 1 Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch zuzuführen. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 ist als gemischverdichtender Gasmotor ausgebildet, sodass dem Brennraum 17 durch den Ladepfad 15 ein mittels des Verdichters 13 verdichtetes Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird.
Der Reaktor 5 ist stromabwärts des Brennraums 17 in dem Abgasstrang 3 angeordnet. Dabei ist er vorzugsweise möglichst brennraumnah, bevorzugt unmittelbar stromabwärts eines
Abgassammeirohrs oder eines Abgaskrümmers, angeordnet.
Die Brennkraftmaschine 1 weist vorzugsweise eine Mehrzahl - insbesondere identischer - Brennräume 17 auf. Sie ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Dabei ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 insbesondere vier, sechs, acht, zehn, zwölf, sechzehn, achtzehn, zwanzig oder vierundzwanzig Zylinder aufweist. Auch eine kleinere, größere oder andere
Zylinderanzahl ist möglich. Die Brennkraftmaschine 1 kann als Reihenmotor, als V-Motor, als W-Motor, oder mit einer anderen Konfiguration der Brennräume 17 ausgebildet sein. In dem hier dargestellten Brennraum 17 ist ein Kolben 19 verlagerbar angeordnet. Ein Einlass 21 des Reaktors 5 ist vorzugsweise mit einem Sammelrohr 23 des Abgasstrangs 7 in Fluidverbindung, wobei dem Sammelrohr 23 Abgas aus einer Mehrzahl von Brennräumen 17 zugeführt wird. Es ist möglich, dass dem Sammelrohr 23 Abgas aus allen Brennräumen 17 zugeführt wird. Insbesondere bei einer V- oder W-fbrmigen Konfiguration der Brennräume 17 ist es aber auch möglich, dass verschiedenen Gruppen von Brennräumen 17 verschiedene
Sammelrohre 23 zugeordnet sind. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass verschiedenen Zylindergruppen vollständig separate Abgasstränge 3 zugeordnet sind, wobei in einem solchen Fall bevorzugt jeder Abgasstrang 3 separat einen entsprechenden Reaktor 5 aufweist. Der Reaktor 5 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Doppelrohrbauweise ausgestaltet, nämlich mit einem Innenrohr 25, welches von einem Außenrohr 27 umgriffen ist. An dem Außenrohr 27 ist außen vorzugsweise eine Isolation 29 angeordnet, um das Innere des Reaktors 5 thermisch zu isolieren und so einen Wärmeverlust aus dem Inneren des Reaktors 5 zu verringern. Sowohl in dem Innenrohr 25 als auch in dem Außenrohr 27 sind Umlenkbleche 31 angeordnet. Diese können in besonders einfacher Bauweise halbkreis- oder halbringförmig ausgebildet sein, insbesondere für das Innenrohr halbkreisförmig und für das Außenrohr halbringförmig. Selbstverständlich sind andere geeignete Ausgestaltungen möglich, insbesondere wenn das Außenrohr und/oder das Innenrohr keinen kreiszylindrischen Querschnitt sondern einen hiervon abweichenden, beispielsweise ovalen oder rechteckförmigen Querschnitt, aufweist/aufweisen.
Der Einlass 21 mündet hier in das Innenrohr 25. Abgas tritt daher von dem Brennraum 17 her kommend durch den Einlass 21 zunächst in das Innenrohr 25 ein, wobei die Abgasführung in das Innenrohr 25 bevorzugt durch einen Rohrstutzen 33 von dem Innenvolumen des Außenrohrs 27 abgeschirmt ist. In dem Innenrohr 25 strömt das Abgas entlang einer Längsachse L in eine erste Richtung von einem ersten, eintrittsseitigen Ende des Reaktors 5 zu einem zweiten, - in
Längsrichtung gesehen - gegenüberliegenden Ende, wobei es die in dem Innenrohr 25 angeordneten Umlenkbleche 31 umströmt. An dem zweiten Ende weist das Innenrohr 25 eine Aussparung 35 auf, durcrrwelche das Abgas aus dem Innenrohr 25 in das Innenvolumen des Außenrohrs 27 eintritt. Dort strömt es entlang einer zweiten Richtung - wiederum in
Längsrichtung gesehen - von dem zweiten Ende zurück zu dem ersten Ende, wobei es die in dem Außenrohr 27 angeordneten Umlenkbleche 31 umströmt. Es tritt schließlich durch einen Auslass 37 aus dem Außenrohr 27 aus. Von dort strömt es weiter zu der Turbine 7. Durch die konkrete Wahl des Strömungspfads in dem Reaktor 5 und insbesondere die Zahl und/oder Anordnung der Umlenkbleche 31 kann die Länge des Strömungspfads in dem Reaktor 5 beeinflusst und die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktor 5 - bei gegebenem Abgasdruck und Massenstrom - vorgegeben werden.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Steuergerät 39 auf, welches eingerichtet ist, um wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors 5 einzustellen. Das Steuergerät 39 ist vorzugsweise als zentrales Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 (Engine Control Unit - ECU) ausgebildet.
Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 39 insbesondere mit wenigstens einem Erfassungsmittel für den wenigstens einen Reaktionsparameter wirkverbunden, hier mit einem Temperatursensor 41, der eingerichtet und angeordnet ist zur Erfassung einer Abgastemperatur unmittelbar
stromaufwärts des Reaktors 5, und/oder mit einem Stickoxidsensor 43, der eingerichtet und angeordnet ist zur Erfassung einer Stickoxid-Konzentration in dem Abgas unmittelbar stromaufwärts des Reaktors 5. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Steuergerät 39 mit einem insbesondere unmittelbar stromaufwärts des Reaktors 5 angeordneten Drucksensor zur Messung des Abgasdrucks wirkverbunden ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 sind bevorzugt die Abgastemperatur und die Stickoxid-Konzentration im Abgas stromaufwärts des Reaktors 5 erfassbar.
Das Steuergerät 39 ist weiterhin mit wenigstens einem Einstellmittel zur Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters wirkverbunden. Dabei ist es hier mit einer Zündeinrichtung 45, insbesondere einer Zündkerze, wirkverbunden, wobei durch das Steuergerät 39 ein
Zündzeitpunkt in dem Brennraum 17 vorgegeben werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist das Steuergerät 39 hier mit einer Brennstoff-Mischeinrichtung 47 wirkverbunden, die eingerichtet ist, um abhängig von der Ansteuerung durch das Steuergerät 39 eine bestimmte Menge eines Brennstoffs 49, insbesondere eines Brenngases, in einen Verbrennungsluftstrom 51
einzudosieren und/oder einen Brennstoffmassenstrom einzustellen. Durch Ansteuerung der Brennstoff-Mischeinrichtung 47 ist somit insbesondere ein Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis, nämlich ein sogenannter Lambda-Wert, einstellbar. Die Brennstoff-Mischeinrichtung 47 ist hier stromaufwärts des Verdichters 13 angeordnet, sodass in dem Verdichter 13 das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, welches durch die Brennstoff-Mischeinrichtung 47 erzeugt wird, verdichtet wird, wobei das verdichtete Gemisch über den Ladepfad 15 dem
Brennraum 17 zugeführt wird.
Vorzugsweise ist in dem Ladepfad 15 noch eine Drosselklappe 53 angeordnet, die ebenfalls durch das Steuergerät 39 ansteuerbar ist. Die Drosselklappe 53 dient bevorzugt einer
Leistungssteuerung oder -regelung der Brennkraftmaschine 1.
Weiterhin weist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1
vorzugsweise ein variabel einstellbares Einlassventil 55 auf, welches einen vollvariablen Ventiltrieb 57 aufweist, der ebenfalls mit dem Steuergerät 39 wirkverbunden ist. Es ist selbstverständlich möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 nur die Drosselklappe 53 und ein herkömmliches Einlassventil 55 ohne vollvariablen Ventiltrieb aufweist. Es ist auch möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 das Einlassventil 55 mit dem vollvariablen Ventiltrieb 57, dafür jedoch keine Drosselklappe 53 aufweist. Dabei kann die Funktion der Drosselklappe 53 durch das vollvariabel einstellbare Einlassventil 55 übernommen werden. Auch durch Ansteuerung der Drosselklappe 53 und/oder des Einlassventils 55 ist es möglich, die Bedingungen in dem
Brennraum 17 so zu verändern, dass sich diese auf den wenigstens einen Reaktionsparameter des Reaktors 5 auswirken. Der Brennraum 17 ist über ein Auslassventil 59 mit dem Sammelrohr 23 fluidverbunden.
Das Steuergerät 39 ist also insbesondere eingerichtet, um abhängig von Messwerten des
Temperatursensors 41 und/oder des Stickoxidsensors 43 die Zündeinrichtung 45, die Brennstoff- Mischeinrichtung 47, die Drosselklappe 53 und/oder den voll variablen Ventiltrieb 57 so anzusteuern, dass wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1, insbesondere der Zündzeitpunkt, ein Brennstoffmassenstrom und/oder der Lambda-Wert, in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter, hier insbesondere der Abgastemperatur- und/oder der Stickoxid-Konzentration im Abgas, eingestellt wird. Der Reaktor 5 weist vorzugsweise eine hier nicht dargestellte Strömungslängen- Veränderungsmimik auf, die eingerichtet ist zur Veränderung der Länge eines Strömungspfads durch den Reaktor 5. Dabei kann mittels der Strömungslängen- Veränderungsmimik
insbesondere eine Länge des Reaktors 5 - bevorzugt in Richtung der Längsachse L - veränderbar sein, oder es ist möglich, innerhalb des Reaktors 5 bestimmte Strömungspfade zu sperren und freizugeben, beispielsweise mittels verlagerbarer Klappen oder Umlenkbleche.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt ein Bypass vorgesehen, der stromaufwärts des Reaktors 5 aus dem Sammelrohr 23 abzweigt und stromabwärts des Reaktors 5 vor der Turbine 7 in den Abgasstrang 3 einmündet. Dabei ist vorzugsweise ein Durchströmungsquerschnitt des Bypasses veränderbar. Damit ist es insbesondere im Dynamikfall möglich, schnell den Massenstrom zu der Turbine 7 zu vergrößern und so ein rasches Ansprechen des Turboladers 9 - insbesondere bei Lastaufschaltung - herbeizuführen.
Der Reaktor 5 weist vorzugsweise ein Katalysatormaterial auf, wobei bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein mit einem Katalysatormaterial beschichtetes Substrat 61 im Bereich des Auslasses 37 angeordnet ist. Bei dem Katalysatormaterial handelt es sich bevorzugt um einen Edelmetall-Katalysator. Das Katalysatormaterial ist eingerichtet, um eine Oxidationsreaktion von Kohlenmonoxid und/oder von Kohlenwasserstoffen zu katalysieren. Damit unterstützt das Katalysatormaterial die Wirkweise des Reaktors 5 und gewährleistet insbesondere auch in Betriebspunkten, in denen der Reaktor 5 nicht optimal arbeiten kann, eine wirksame Reduktion der Kohlenwasserstoff- Emissionen der Brennkraftmaschine 1. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 ist dem Reaktor 5 außerdem eine Heizeinrichtung 63 zugeordnet, welche mit dem Steuergerät 39 wirkverbunden und durch dieses ansteuerbar ist. Mittels der Heizeinrichtung 63 ist es möglich, die Temperatur in dem Reaktor 5 bedarfsgerecht zu erhöhen, wenn die Abgastemperatur in bestimmten
Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 nicht ausreicht, um eine effiziente Reaktion von Kohlenwasserstoffen in dem Reaktor 5 zu gewährleisten. Die Heizeinrichtung 63 ist
vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtung oder als Brenner ausgebildet, dabei ist sie vorzugsweise mit demselben Brennstoff 49 betreibbar, mit welchem auch die
Brennkraftmaschine 1 betrieben wird. Dem Reaktor 5 ist vorzugsweise eine Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 65 zugeordnet, die eingerichtet ist, um ein Reduktionsmittel, insbesondere eine Harnstoff- Wasser-Lösung, in den Reaktor 5 einzudüsen. Dieser dient somit in vorteilhafter Weise als Mischstrecke für das
Reduktionsmittel. Dabei ist die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 65 besonders bevorzugt nahe des Einlasses 21 angeordnet, sodass der volle Strömungspfad durch den Reaktor 5 als Mischstrecke zur Verfügung steht. Auf eine separate Mischstrecke für das Reduktionsmittel kann dann verzichtet werden. Die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 65 ist vorzugsweise mit dem Steuergerät 39 wirkverbunden und durch dieses ansteuerbar. Dem Reaktor 5 ist vorzugsweise eine Stickoxid-Dosiereinrichtung 67 zugeordnet. Diese ist eingerichtet zur Eindosierung von wenigstens einer - vorzugsweise außerhalb des Brennraums 17 der Brennkraftmaschine 1 erzeugten - Stickoxid- Verbindung in den Reaktor 5, insbesondere von Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, oder von einem Gemisch aus Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, vorzugsweise mit einem bestimmten Verhältnis dieser Stoffe zueinander oder bezogen auf eine Gesamtheit des Gemischs. Die Brennkraftmaschine 1 ist auf diese Weise - insbesondere durch Ansteuerung der Stickoxid-Dosiereinrichtung 67 durch das Steuergerät 39 - bevorzugt eingerichtet, um das Stickoxid- Verhältnis und/oder eine absolute Stickoxid- Konzentration in dem Reaktor 5 und/oder stromabwärts des Reaktors 5 unabhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brerinkraftmaschine 1 - vorzugsweise in Hinblick auf ein momentan angestrebtes Regelungsziel - einzustellen.
Die Brennkraftmaschine 1 weist bevorzugt einen - insbesondere von dem Brennraum 17 separaten - Stickoxid-Generator 69 auf, der eingerichtet ist zur Herstellung der wenigstens einen Stickoxid- Verbindung, beispielsweise aus Luft durch eine chemische Reaktion oder einen physikalischen Prozess, beispielsweise eine elektrische Entladung.
Die Stickoxid-Dosiereinrichtung 67 und/oder der Stickoxid-Generator 69 ist/sind bevorzugt mit dem Steuergerät 39 wirkverbunden und durch dieses ansteuerbar, insbesondere um das
Stickoxid- Verhältnis oder auch eine absolute Stickoxid-Konzentration in dem Reaktor 5 auf einen für den Kohlenwasserstoff-Umsatz günstigen Wert oder in Hinblick auf ein anderes Regelungsziel einzustellen.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels des Reaktors 5 eine sehr weitgehende bis vollständige
Oxidation insbesondere von Methan und weiteren, höherkettigen Kohlenwasserstoffen möglich ist. Dabei ist der Kohlen wasserstoff-Umsatz unabhängig von Schwefel und anderen Katalysator- Giften. Dadurch ist der Reaktor 5 insbesondere geeignet zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen , bei Brennkraftmaschinen 1 , die mit methanhaltigen Sondergasen, insbesondere Deponiegas, Produktgas der Holzvergasung, oder Biogas betrieben werden. Der Reaktor 5 weist als
Gasphasen-Reaktor außerdem keine thermische Alterung auf, sodass der Kohlenwasserstoff- Umsatz dauerbeständig ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die in einem Abgasstrang (3) einen Reaktor (5) zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) in
Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors (5) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine
Reaktionsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Abgastemperatur, einem Abgasdruck, einem Abgasmassenstrom, einer Kohlenwasserstoff-Konzentration im Abgas, einer Gesamt-Stickoxid-Konzentration im Abgas, einer Stickstoffmonoxid-Konzentration im Abgas, einer Stickstoffdioxid-Konzentration im Abgas, und einem Verhältnis einer
Stickstoffdioxid-Konzentration im Abgas zu einer Gesamt-Stickoxid-Konzentration im Abgas.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter ein Verbrennungsparameter ist, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem
Zündzeitpunkt, einem Brennstoffmassenstrom, und einem Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Reaktor (5) zugeordnete Heizeinrichtung (63) angesteuert wird, um eine Temperatur in dem Reaktor (5) zu erhöhen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verweilzeit von Abgas in dem Reaktor (5) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktor (5) ein Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eingedüst wird, und/oder dass ein an einem Auslass (37) des Reaktors (5) vorliegendes
Verhältnis einer Stickstoffdioxid-Konzentration zu einer Gesamt-Stickoxid-Konzentration im Abgas eingestellt wird.
7. Brennkraftmaschine (1), mit einem Abgasstrang (3), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasstrang (3) - vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine (7) eines Abgasturboladers (9) - ein Reaktor (5), eingerichtet zur Oxidation von Kohlenwasserstoff-Molekülen, angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) eingerichtet ist, um wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von wenigstens einem Reaktionsparameter des Reaktors (5) einzustellen.
8. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (5) eine Strömungslängen- Veränderungsmimik aufweist, die eingerichtet ist zur Veränderung der Länge eines Strömungspfades durch den Reaktor (5).
9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (5) ein Katalysatormaterial aufweist, das eingerichtet ist zur Katalyse einer
Kohlenmonoxid- und/oder Kohlenwasserstoff-Oxidationsreaktion, wobei der Reaktor (5) vorzugsweise einen Edelmetall-Katalysator aufweist.
10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (5) eine Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung (65) und/oder eine Stickoxid- Dosiereinrichtung (67) zugeordnet ist/sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008002469A1 (de) * 2008-06-17 2009-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung
DE102008059698A1 (de) * 2008-11-29 2010-06-02 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors mit einer einen Stickoxid-Speicherkatalysator aufweisenden Abgasreinigungsanlage
US20120137660A1 (en) * 2008-04-05 2012-06-07 Mi Yan Engine Aftertreatment System with Exhaust Lambda Control

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50135422A (de) * 1974-04-15 1975-10-27
DE10315593B4 (de) * 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
GB0803670D0 (en) * 2008-02-28 2008-04-09 Johnson Matthey Plc Improvements in emission control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120137660A1 (en) * 2008-04-05 2012-06-07 Mi Yan Engine Aftertreatment System with Exhaust Lambda Control
DE102008002469A1 (de) * 2008-06-17 2009-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung
DE102008059698A1 (de) * 2008-11-29 2010-06-02 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors mit einer einen Stickoxid-Speicherkatalysator aufweisenden Abgasreinigungsanlage

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